兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中語音通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓曉光 徐 瑜 趙志軍

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中語音通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓曉光 徐 瑜 趙志軍

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

論文首先闡述了語音通信模塊對(duì)于兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的重要意義,提出了語音通信模塊的功能需求；其次,介紹了語音通信模塊的基本架構(gòu)及其工作流程；最后,對(duì)語音通信模塊開發(fā)過程中遇到的問題進(jìn)行了分析,并提出解決方法,實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的通信模塊完全滿足兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的通信功能需求。

兩棲作戰(zhàn); 模擬訓(xùn)練; 語音通信

Class Number TJ810

1 引言

作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練是兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的重要功能之一,語音通信模塊是支撐作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練的重要模塊,由于兩棲模擬訓(xùn)練指揮層級(jí)的復(fù)雜性和可變性,現(xiàn)有的語音通信設(shè)備和語音通信仿真軟件不能滿足兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的功能需求,開發(fā)符合兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)功能需求的語音通信模塊,對(duì)于完善兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)功能組成和提高訓(xùn)練效益具有重要意義[1～2]。

2 語音通信模塊的功能需求

語音通信模塊是兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的訓(xùn)練輔助模塊,在兩棲指揮模擬訓(xùn)練過程中,用作兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中各席位之間的指揮通信仿真平臺(tái),依據(jù)不同的訓(xùn)練科目和組訓(xùn)規(guī)模,語音通信模塊具有不同的通信層級(jí)結(jié)構(gòu),具體來講,兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的語音通信模塊具備以下功能特點(diǎn)[3～5]:

1) 廣播功能

廣播功能是指一對(duì)多的單向語音傳輸功能,通常用于總導(dǎo)演的全體通播或者單方導(dǎo)演的本方通播,對(duì)于總導(dǎo)演的全體通播來講,無論各個(gè)訓(xùn)練端在何種狀態(tài)下,均能收到總導(dǎo)演的廣播信息;對(duì)于單方導(dǎo)演的本方通播來講,無論本方各個(gè)訓(xùn)練端在何種狀態(tài)下,均能收聽到本方導(dǎo)演的廣播信息,但是對(duì)方的任意客戶端不能接收到本方的廣播信息。

2) 分組功能

分組功能是指基于所屬方和指揮層級(jí)信息,依據(jù)語音通信模塊所在的席位屬性,對(duì)語音通信系統(tǒng)中各客戶端進(jìn)行分組的功能,本系統(tǒng)中的語音通信模塊架構(gòu)采用2級(jí)分組模式,第一級(jí)分組包括:總導(dǎo)演、單方導(dǎo)演、分隊(duì)指揮員,其中,總導(dǎo)演只有一級(jí)分組,單方導(dǎo)演又分為紅方導(dǎo)演、藍(lán)方導(dǎo)演等二級(jí)分組,分隊(duì)指揮員又分為水面艦艇分隊(duì)指揮員、登陸兵力分隊(duì)指揮員、航空兵力分隊(duì)指揮員等二級(jí)分組,根據(jù)客戶端所在的不同分組,賦予客戶端相應(yīng)的訪問權(quán)限。

3) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能是指在通信規(guī)則允許的前提下,系統(tǒng)中的任意兩個(gè)通信終端可以隨時(shí)建立排外的專用通信通道,這種通道能夠動(dòng)態(tài)生成和刪除,主要用于處理系統(tǒng)預(yù)設(shè)通信規(guī)則之外的通信請(qǐng)求。

3 語音通信模塊的基本架構(gòu)與工作流程

語音通信模塊由一臺(tái)服務(wù)器和多臺(tái)客戶機(jī)組成,它們之間通過局域網(wǎng)進(jìn)行連接。服務(wù)器是語音數(shù)據(jù)的交互中心,在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,語音通信系統(tǒng)服務(wù)端以后臺(tái)服務(wù)的形式運(yùn)行在服務(wù)器上,在系統(tǒng)運(yùn)行過程中并沒有前臺(tái)的界面,若要修改其運(yùn)行參數(shù),可通過修改.xml格式的配置文件來完成,可修改的具體參數(shù)有以下幾項(xiàng):

〈server-name〉兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)〈/server-name〉;;語音服務(wù)器名稱

〈motd〉1〈/motd〉;;語音模式

〈max-users〉1000〈/max-users〉;;同時(shí)加入語音服務(wù)器的終端數(shù)量上限

〈auto-save〉true〈/auto-save〉;;是否記錄當(dāng)前服務(wù)器連接的終端狀態(tài)

〈tcpport〉10333〈/tcpport〉;;TCP連接端口號(hào)

〈udpport〉10333〈/udpport〉;;UDP連接端口號(hào)

〈login-attempts〉0〈/login-attempts〉;;客戶端嘗試連接最大次數(shù),0表示不限制(以下幾項(xiàng)類似)

〈max-logins-per-ipaddr〉0〈/max-logins-per-ipaddr〉;;單個(gè)IP地址最多可連接終數(shù)量

〈bandwidth-limits〉;;帶寬速率限制

〈voicetx-limit〉0〈/voicetx-limit〉;;發(fā)送語音數(shù)據(jù)包帶寬速率限制

〈vidcaptx-limit〉0〈/vidcaptx-limit〉;;接收語音數(shù)據(jù)包帶寬速率限制

〈totaltx-limit〉0〈/totaltx-limit〉;;總語音數(shù)據(jù)包帶寬速率限制

〈/bandwidth-limits〉

〈user-timeout〉60〈/user-timeout〉;;客戶端心跳檢查時(shí)間間隔

客戶端是與用戶直接進(jìn)行交互的前臺(tái)程序,按照配置的席位種類,可分為總導(dǎo)演客戶端、單(紅、藍(lán)等)方導(dǎo)演客戶端、各群隊(duì)指揮客戶端等,每個(gè)客戶端有多個(gè)通信進(jìn)程實(shí)例,在不同的服務(wù)器通信頻道內(nèi)擔(dān)負(fù)著監(jiān)聽/廣播任務(wù),它們之間的功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示(注:圖中的箭頭方向表示語音數(shù)據(jù)的流向)。

圖1 語音通信模塊中各客戶端間的通信關(guān)系

關(guān)于圖1中通信關(guān)系的幾點(diǎn)說明:

1) 圖中僅列出紅藍(lán)雙方對(duì)抗時(shí)的語音通信關(guān)系,當(dāng)有第三方加入訓(xùn)練時(shí),可參照紅藍(lán)方的通信關(guān)系進(jìn)行布局,另外,各方的編隊(duì)通道除了水面艦艇還有航空兵、潛艇、陸戰(zhàn)兵力等,這些編隊(duì)的通信關(guān)系均可參照水面艦艇編隊(duì)通道的組織方法,這里不再單獨(dú)列出。

2) 各個(gè)客戶端可以同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)通信頻道,但同一時(shí)間只能在一個(gè)通信頻道內(nèi)廣播,如:總導(dǎo)演可以監(jiān)聽所有通道,但同一時(shí)間只能在總導(dǎo)演通播通道內(nèi)或者專用通道內(nèi)進(jìn)行廣播。

3) 在系統(tǒng)通信頻道組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,紅藍(lán)雙方的廣播通道是相互隔絕的,這樣可以確保紅藍(lán)雙方的語音通信互不影響,以保證紅藍(lán)雙方指揮的相對(duì)獨(dú)立性。

圖2 語音通信系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖2所示[6],在服務(wù)端啟動(dòng)以后,客戶端創(chuàng)建連接實(shí)例并登錄到服務(wù)器,然后按照預(yù)設(shè)席位屬性加入到相應(yīng)的語音通道內(nèi),在整個(gè)工作過程中,系統(tǒng)有斷線重連保護(hù)機(jī)制,以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4 語音通信模塊開發(fā)中的問題及解決方法

由于兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中語音通信模塊的特殊需求,在語音通信系統(tǒng)的開發(fā)過程中存在一些難題,這里,將遇到的問題和解決方法總結(jié)如下[7～10]:

1) 分組功能的實(shí)現(xiàn)方法

對(duì)客戶端進(jìn)行分組是保證語音通信按照預(yù)定規(guī)則工作的必要條件,本文采用建立多個(gè)通道的方法,通過設(shè)定客戶端程序?qū)Σ煌ǖ赖脑L問權(quán)限和語音收發(fā)規(guī)則,間接實(shí)現(xiàn)對(duì)各語音客戶端的分組。以兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中紅方水面艦艇編隊(duì)指揮席位的語音通信客戶端為例,系統(tǒng)共創(chuàng)建五個(gè)實(shí)例進(jìn)程,進(jìn)程一加入總導(dǎo)演通播通道內(nèi)且僅具有監(jiān)聽屬性,用于監(jiān)聽總導(dǎo)演的播報(bào)信息;進(jìn)程二加入紅方導(dǎo)演通播通道內(nèi)且僅具有監(jiān)聽屬性,用于監(jiān)聽本方導(dǎo)演的播報(bào)信息;進(jìn)程三加入紅方水面艦艇通道內(nèi)且具有播報(bào)和監(jiān)聽屬性,用于進(jìn)行本方編隊(duì)的指揮和協(xié)同;進(jìn)程四根據(jù)操作人員需要加入特定的紅方通道內(nèi)具有播報(bào)和監(jiān)聽屬性,用于與其它席位通信;進(jìn)程五加入席位自身的監(jiān)聽通道內(nèi)具有監(jiān)聽屬性并在其它席位呼叫時(shí)獲得播報(bào)屬性,用于處理本方其它席位的呼叫通信,其中,具有播報(bào)屬性的進(jìn)程之間存在互斥關(guān)系,不會(huì)在同一時(shí)間工作。

2) 提高通信穩(wěn)定性的方法

由于訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的訓(xùn)練終端,網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用率較高,語音通信模塊難免受到影響,為提高語音通信系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性,語音通信模塊使用了巡查和重連機(jī)制,巡查機(jī)制指客戶端每秒會(huì)向服務(wù)端發(fā)送帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)包,服務(wù)端通過對(duì)比最后到的數(shù)據(jù)包時(shí)間戳和當(dāng)前時(shí)間來判斷客戶端是否掉線,若客戶端掉線,服務(wù)端會(huì)發(fā)出重連指令;重連機(jī)制指客戶端在收到服務(wù)端發(fā)送的重連指令或通過異常處理機(jī)制捕獲到異常時(shí),客戶端首先記錄當(dāng)前各個(gè)實(shí)例進(jìn)程的狀態(tài)(所在通道編號(hào)、播報(bào)、監(jiān)聽狀態(tài)等),然后按照?qǐng)D2的流程重新連接至服務(wù)器,最后在恢復(fù)各個(gè)實(shí)例進(jìn)程的狀態(tài),通過試驗(yàn)表明,整個(gè)過程用時(shí)不到1s,完全不影響系統(tǒng)的正常使用。

3) 通用客戶端平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法

不同的指揮訓(xùn)練席位對(duì)語音通信模塊客戶端的需求不盡相同,而且這種需求是在不斷變化的,做成固定樣式的客戶端不能滿足系統(tǒng)需求,本文中的客戶端采用通用平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法,可以根據(jù)配置文件指定的功能屬性,動(dòng)態(tài)生成滿足需求的客戶端,其中,配置文件的部分內(nèi)容如圖3。

圖3 客戶端啟動(dòng)配置文件的部分內(nèi)容

在具體使用過程中,通過修改以上配置文件內(nèi)容,動(dòng)態(tài)生成滿足不同席位需求的客戶端程序,實(shí)現(xiàn)了客戶端平臺(tái)通用化的功能需求。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的語音通信模塊克服了以往兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中語音通信模塊存在的不足,完全實(shí)現(xiàn)了兩棲模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)語音通信模塊的功能需求,實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明模塊具有界面友好、使用方便、占用帶寬小、通信質(zhì)量好等特點(diǎn),大大提高了訓(xùn)練效益。

[1] 彭漢國,吉順祥,伍治海,等.基于PC的視音頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].艦船電子工程,2008,28(2):131-133.

[2] 賀思,劉德良,李正宙,等.短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2011,44(4):85-86.

[3] 司聿宣,蘇遠(yuǎn)興,楊正芳,等.分布式環(huán)境實(shí)時(shí)語音通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(5):60-63.

[4] 劉豫軍,夏聰.支持大規(guī)模語音實(shí)時(shí)通訊的分布式云服務(wù)安全架構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2015,(5):121-122.

[5] 董志明,王凱,彭文成,等.新型指控通信裝備仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2010,22(1):93-95,101.

[6] 曾柏華.短波數(shù)字電臺(tái)模擬訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2009.

[7] 謝鐵城,達(dá)新宇,劉蕓江,等.某電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2010,18(5):1151-1153.

[8] 魯遠(yuǎn)曙.超短波通信在未來艦船編隊(duì)中應(yīng)用分析[J].艦船電子工程,2008,(8):9-10.

[9] 聶衛(wèi)國.分布式作戰(zhàn)指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中語音通信仿真研究[J].艦船電子工程,2015,(3):59-62.

[10] 張欣景,趙志軍,謝國新,等.通用超短波語音通信仿真模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].艦船電子工程,2010,30(9):113-116.

Design and Implementation of Voice Communication Module in Amphibious Simulation Training System

HAN Xiaoguang XU Yu ZHAO Zhijun

(Naval Marinie Acadamy, Guangzhou 510430)

This paper describes why the voice communication module is important for amphibious training simulation system, puts forward the function requirements of voice communication module. Then, it introduces the basic structure of voice communication module and its working process. Finally, problems of the voice communication module in the development process are analyzed, and the solving method is put forward. Application results prove that the proposed communication module can satisfy the demand of communication function amphibious simulation training system.

amphibious warfare, simulation training, voice communication

2016年8月1日,

2016年9月19日

韓曉光,男,碩士,講師,研究方向:模擬訓(xùn)練與仿真。徐瑜,男,博士,講師,研究方向:模擬訓(xùn)練與仿真。趙志軍,男,副教授,研究方向:模擬訓(xùn)練與仿真。

TJ810

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.02.019